I MURI DI SOSTEGNO
Prof. Marina Rasulo
CONTENUTI
- Le proprietà dei terreni: richiami sulle più importanti
(disomogeneità – anisotropia – igroscopicità – coesione – attrito)
- Pendii e frane: pochi cenni per capire di che si tratta
- Le opere di contenimento: che sono? a che servono?
(scarpate – paratie – muri di sostegno)
- La spinta del terreno (attiva e passiva): che cos’è?
- Classificazione dei muri di sostegno:
• in base al materiale utilizzato (muratura – calcestruzzo armato)
• alla forma della sezione (paramento esterno e esterno)
• all’altezza rispetto al terrapieno (pareti a tutt’altezza – muri di
sottoscarpa o di unghia – muri di controripa)
• al funzionamento (muri a gravità e muri a mensola)
• tipi speciali (con contrafforti, con costoloni e solette, con tiranti)
- Altri tipi di opere di sostegno:
• muri di elementi modulari prefabbricati (gabbionate – muri cellulari)
• graticciate
• muri in terra armata (con materiale geotessile – con rete metallica)
PROPRIETA’ DEI TERRENI
Il terreno è un materiale disomogeneo e anisotropo costituito da particelle.
Le particelle di terreno sono impedite a scorrere o a distaccarsi l’una
rispetto all’altra dall’attrito interno, dalla coesione e dalla igroscopicità del
terreno stesso.
OMOGENEITA’
Un materiale si dice omogeneo se presenta sempre le stesse proprietà,
in ogni punto che consideriamo. Il terreno NON è omogeneo.
ISOTROPIA
Un materiale si dice isotropo se le sue proprietà sono indipendenti dalla
direzione che stiamo considerando (questo non è vero per i materiali
stratificati, fibrosi o con direzioni preferenziali). Il terreno NON è isotropo.
IGROSCOPICITA’
L’igroscopicità di un materiale è la sua tendenza a vedere alterate le sue
proprietà in presenza di acqua.
ATTRITO INTERNO
L’attrito interno del terreno (f) è la forza che impedisce alle particelle del
terreno di scorrere l’una sull’altra in virtù dello sfregamento che si
sviluppa tra un granello e l’altro.
Fisicamente rappresenta la resistenza al taglio del terreno in presenza di
compressione.
È una proprietà sempre presente nei terreni, rappresentata dall’angolo f,
cioè l’angolo che un cono di terreno versato su di un piano forma con
l’orizzontale.
COESIONE
La coesione (c) è la forza di attrazione tra i granuli del terreno che
impedisce che essi si allontanino o scorrano l’uno sull’altro in virtù della
loro composizione chimica.
Fisicamente rappresenta la resistenza al taglio del terreno in assenza di
compressione.
È una proprietà non sempre presente nei terreni, fortemente igroscopica
(cioè influenzata dalla presenza o meno di acqua nel terreno) e
difficilmente calcolabile, per cui di solito viene trascurata nei calcoli.
Ha comunque dimensione di una pressione e il suo valore varia dai 100 ai
1.000 daN/cm2.
I PENDII E LE FRANE
IL NATURAL DECLIVIO
Quando sono liberi di assumere una
configurazione naturale, i terreni si dispongono
in pendio. Il pendio è più o meno pronunciato a
seconda che il terreno sia più o meno coerente.
In natura il terreno forma con
l’orizzontale un angolo, detto angolo
di natural declivio (ξ), che in caso di
terreni perfettamente incoerenti (c = 0)
corrisponde con l’angolo di attrito
interno del terreno (f).
LE FRANE
Se il terreno viene disturbato da cause naturali o artificiali, esso si muove,
ossia frana, fino a ritrovare il proprio equilibrio.
I terreni franano distaccandosi dal masso originario lungo una superficie
curvilinea a cucchiaio (superficie di distacco, di rottura o di scorrimento).
LE OPERE DI CONTENIMENTO
Per evitare la frana di un terrapieno occorre predisporre opere di
contenimento, che possono essere di vario tipo, come scarpate, paratie e
muri di sostegno.
LE SCARPATE
Le scarpate sono pareti di scavo dotate di una pendenza superiore a
quella originaria ma tale che il terreno a monte non frani (di solito protette
e rinforzate con inerbimenti, tessuto geotessile o altri accorgimenti).
LE PARATIE
Le paratie sono elementi verticali puntuali (pali) o continui (pareti)
piuttosto sottili in acciaio o in calcestruzzo armato infissi nel terreno per
una notevole profondità.
I MURI DI SOSTEGNO
I muri di sostegno sono le opere più frequenti per contenere la terra e il
suo scoscendimento, e quindi per conservare o ripristinare l’equilibrio di
un pendio, che può venire a mancare per cause naturali o artificiali.
SPINTA ATTIVA E PASSIVA
La spinta che il terreno esercita sui muri di sostegno prende il nome di
spinta attiva. La spinta che il muro di sostegno esercita sul terreno
prende il nome di spinta passiva.
Sia la spinta attiva che la spinta passiva possono raggiungere dei livelli
massimi, oltre i quali il terreno a monte della parete si rompe secondo
superfici curvilinee che però per comodità possiamo approssimare a
superfici piane.
La porzione di terreno che spinge sul muro o che viene spinta dal muro
fino a rompersi prende il nome di cuneo di spinta.
Nel caso della spinta attiva (cioè quella che il terreno esercita sul muro), il
terreno si rompe lungo un piano inclinato rispetto all’orizzontale di un
angolo a pari a a = p/4 + f/2.
Nel caso della spinta passiva (cioè quella che il muro esercita sul
terreno), il terreno si rompe lungo un piano inclinato rispetto
all’orizzontale di un angolo a pari a a = p/4 - f/2.
CLASSIFICAZIONE DEI MURI DI SOSTEGNO
I muri di sostegno si
classificano in base:
- al materiale da costruzione
utilizzato
- alla forma della sezione
- alla loro altezza rispetto al
terrapieno sostenuto
- al loro funzionamento
MATERIALE DA COSTRUZIONE
In base al materiale da costruzione possiamo avere:
- muri di sostegno in muratura (in pietrame, in pietrame con ricorsi di
mattoni, in mattoni, o in calcestruzzo con pietrame affogato)
- muri di sostegno in calcestruzzo armato (muri massicci in calcestruzzo
poco armato o muri elastici in calcestruzzo armato)
FORMA DELLA SEZIONE
In base alla forma della sezione possiamo avere:
- muri con paramento interno:
- verticale
- a scarpa
- a strapiombo
- muri con paramento esterno:
- a scarpa (muratura)
- verticale (calcestruzzo armato)
ALTEZZA RISPETTO AL TERRAPIENO
In base all’altezza possiamo avere:
- pareti a tutt’altezza, alte come il terrapieno da sostenere;
- pareti di sottoscarpa o di unghia, che sostengono porzioni della
scarpata interrompendone la continuità;
- pareti di controripa, che sostengono lo sterro solo nella sua zona
inferiore.
FUNZIONAMENTO
La distinzione più importante tuttavia è in base al funzionamento,
secondo la quale i muri si distinguono in:
- muri a gravità, che sono strutture massicce che si oppongono alla
spinta del terreno grazie al proprio peso,
- muri a mensola, che sono strutture elastiche che funzionano come
mensole infisse nel terreno, e che si oppongono alla spinta del terreno
grazie all’apporto delle ali di fondazione, che possono essere di monte o
di valle.
MURI A GRAVITA’
I muri a gravità sono strutture massicce, perlopiù in muratura o in
calcestruzzo (con pietrame affogato o poco armato) che resistono alla
spinta del terreno grazie alla propria massa e al proprio peso.
Possono raggiungere altezze massime di 2 metri se hanno sezione
rettangolare o di 5 metri se hanno sezione trapezia.
hmax = 2,00 m
hmax = 5,00 m
MURI A MENSOLA
I muri a mensola sono strutture sottili ed elastiche, in calcestruzzo armato.
Possono avere l’ala di base maggiore a monte (nel qual caso sfruttano
come elemento stabilizzante il terreno gravante su tale ala) o l’ala di base
maggiore a valle (nel qual caso sfruttano come elemento stabilizzante il
momento generato da tale ala).
Possono inoltre essere dotati di denti di fondazione che migliorano la
stabilità allo slittamento e di contrafforti di irrigidimento interni o esterni.
I più semplici, con sezione a L, possono raggiungere altezze fino a 3,5
metri se con ala a valle o di 7 metri se con ala a monte. Quelli con
contrafforti interni possono raggiungere altezze di 10 metri; quelli con
contrafforti esterni possono raggiungere altezze di 12 metri.
CONTRAFFORTI ESTERNI
CONTRAFFORTI INTERNI
Per altezze superiori è necessario realizzare strutture complesse con
costoloni e solette di irrigidimento sia verticali che orizzontali.
I muri a mensola sono ovviamente più difficili e dispendiosi da realizzare
rispetto a quelli a gravità, perché richiedono materiali più costosi e
manodopera specializzata.
Nei muri di sostegno di grande altezza si usano poi ulteriori accorgimenti
per stabilizzare la parete, quali tiranti metallici ancorati in zone stabili e
profonde di roccia alle spalle del muro.
ALTRE STRUTTURE DI CONTENIMENTO
Esistono poi altre tipologie di muri di contenimento, come quelli costituiti
da elementi modulari prefabbricati sovrapposti sfalsati gli uni agli altri,
come le gabbionate (cubi di pietrame ingabbiato in strutture metalliche) e
i muri cellulari (composti di elementi cellulari in legno o in cemento
armato riempiti di terra).
Un altro sistema per contenere e consolidare le scarpate consiste nelle
graticciate (graticci di legno di bloccaggio della terra inerbati).
Infine altre forme di opere di contenimento sono i muri in terra armata,
che consistono in pareti di terra rinforzata mediante materiale resistente a
trazione e a taglio, come ad esempio barre o strisce metalliche, strisce o
fogli di tessuto geotessile, griglie di filo metallico.
Il fronte della parete può poi essere ulteriormente protetto dall’erosione
mediante pannelli prefabbricati in calcestruzzo armato o in metallo,
membrane in tessuto geotessile o griglie metalliche.
Questa tecnica di sostegno dei terreni risulta competitiva in termini di
costo soprattutto quando occorre sostenere scavi alti.
GABBIONATE
MURI CELLULARI DI CEMENTO
MURI CELLULARI IN LEGNO
GRATICCIATE
MURI IN TERRA ARMATA
CONCLUSIONI
In conclusione abbiamo visto:
- cosa sono e a che servono i muri di sostegno
- come si classificano
- come funzionano i muri a gravità e i muri a mensola
- quali sono le principali tipologie di opere di contenimento e di sostegno
FINE